除氧器（旋膜除氧器）
一、除氧器概述
除氧器是電站鍋爐、工業(yè)鍋爐系統(tǒng)中 的設備，其主要功能為降低鍋爐上水中的氧含量，使之達到標準要求，以保障鍋爐、汽輪機組和整個系統(tǒng)的金屬部件在高溫下不發(fā)生過渡的氧化腐蝕。熱力除氧器是目前 的鍋爐除氧設備。
隨著高參數(shù)大容量發(fā)電機組的發(fā)展，對熱力除氧器的技術(shù)性能和對其特殊技術(shù)功能的要求愈來愈高，為使除氧水中溶氧趨于零，拓寬熱力除氧器適應范圍，提高其運行的經(jīng)濟性和安全性，許多國家都對其進行了大量的研究工作，取得了很大成果。
當前國內(nèi)外對熱力除氧器研究和開發(fā)的方向，從傳熱傳質(zhì)機理上看，主要圍繞霧化、泡沸和旋轉(zhuǎn)膜；從設備形式上有立塔、臥塔和隱塔。
旋膜除氧器是80年代初在原膜式除氧器的基礎上研究、創(chuàng)新、設計制造成功的。是國家科委公報的科研新成果，并獲得一九八八年部級科技進步三等獎。東北電業(yè)管理局科技開發(fā)公司承擔了繼續(xù)研制開發(fā)新型旋膜除氧器的課題，并在我公司建立了生產(chǎn)基地。雙方共同承擔新型設計、制造，拓寬其服務范圍。已有多種型號、多種功用的產(chǎn)品由適于低溫水、低溫汽源和取代中、小型機組高壓加熱器的旋膜除氧器問世。至今已在200MW機組以下電站系統(tǒng)及石油化工、機械等行業(yè)應用百余臺，取得了很好的效果。技術(shù)水平在國內(nèi) ，積20年研究、制造及運行證明，旋膜除氧器優(yōu)于目前任何一種熱力除氧器，是熱力除氧設備發(fā)展的方向。1990年10月國家將其列為“八五”電力新技術(shù)推廣項目，1993年10月經(jīng)科技總院組織專家論證，1100t/h已被許可用于300MW機組系統(tǒng)，為超大型機組除氧系統(tǒng)使用旋膜除氧器開辟了良好的前景。
二、旋膜熱力除氧器設計的理論依據(jù)
從氣體溶解定律（亨利定律）可知，任何氣體在水中的溶解度與此氣體在氣水界面上的分壓力和水溫有關(guān)。圖1-1-A說明了在大氣壓力下，空氣、氧氣、水蒸汽的分壓力，以及氧氣的溶解度與水溫的關(guān)系，隨著水溫增高水蒸汽的分壓力也增大，而空氣和氧氣的分壓力在100℃時降低到零，水中的溶解氧也降低到零。圖1-1-B說明了在不同壓力下氧氣在水中的溶解度，當水面上壓力小于大氣壓力（具有一定的真空度）時，氧氣的溶解度在較低水溫差（＜100℃）下即可降到零。水中含氧量與溫度、壓力的關(guān)系見表1-1。
表1-1 水中含氧量與溫度、壓力的關(guān)系
水面上壓力（ 大氣壓）/MPa | 水溫 /℃ | ||||||||||
0 | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | 70 | 80 | 90 | 100 | |
含氧量 /（mg/L） | |||||||||||
0.1 | 14.6 | 11.3 | 9.1 | 7.5 | 6.5 | 5.6 | 4.8 | 3.9 | 2.9 | 1.6 | 0 |
0.08 | 11 | 8.5 | 7.0 | 5.7 | 5.0 | 4.2 | 3.4 | 2.6 | 1.6 | 0.5 | 0 |
0.06 | 8.3 | 6.4 | 5.3 | 4.3 | 3.7 | 3.0 | 2.3 | 1.7 | 0.8 | 0 | 0 |
0.04 | 5.7 | 4.2 | 3.5 | 2.7 | 2.2 | 1.7 | 1.1 | 0.4 | 0 | 0 | 0 |
0.02 | 2.8 | 2.0 | 1.6 | 1.4 | 1.2 | 1.0 | 0.4 | 0 | 0 | 0 | 0 |
0.01 | 1.2 | 0.9 | 0.8 | 0.5 | 0.2 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
三、除氧器的工作原理
除氧器的形式簡圖見圖2-1
⑴回水及軟水從頂部兩側(cè)引入管引入，經(jīng)夾層中不銹鋼（短管上的小孔）內(nèi)部形成旋膜噴出落至下部的配水裝置，再經(jīng)配水片使水分散再次產(chǎn)生水膜使水流下，經(jīng)過四周密封內(nèi)裝填料而四周固定的不銹鋼絲網(wǎng)內(nèi)下流。
⑵蒸汽由入口進入，流經(jīng)噴射管噴出，可增加汽水接觸面積，在頂部夾層有讓水集熱的作用，以防止水溫突然變化，填料可以蓄熱以加熱水及增加汽水界面。
四、除氧器的結(jié)構(gòu)特點
旋膜熱力除氧設備由膜式除氧器及除氧水箱，以及閥門、儀表組成。
旋膜除氧器是一種新型熱力除氧器，它依據(jù)亨利定律，在結(jié)構(gòu)上采用了三種不同功能的旋膜器組成的組件，建立了汽態(tài)區(qū)段傳質(zhì)方法，完善了破膜技術(shù)，具有除氧效率高、適應性強、穩(wěn)定性好和安全節(jié)能以及適于入口水溶氧高、水溫低和低溫汽源等優(yōu)點，具有滑壓啟動、滑壓運行、負壓運行、定壓運行等功能，在機組啟動運行中其除氧效果均達到部頒標準的要求。
旋膜熱力除氧器不同于其它類型熱力除氧器（如噴霧式、濺盤式或噴霧填料式等）。其關(guān)鍵之處在于其噴淋結(jié)構(gòu)造成的汽水傳熱傳質(zhì)方式。旋膜熱力除氧器入口水的噴淋方式采用起膜管裝置，起膜管是旋膜除氧器的特性部件。除氧器入口水，在起膜管中形成射流、噴濺及旋膜，并在起膜管出口形成水膜裙，其傳熱系數(shù)遠比其它類型熱力除氧器大，傳熱的同時伴隨著傳質(zhì)。起膜管的設計，既考慮了液態(tài)傳熱、傳質(zhì)，又考慮了汽態(tài)傳質(zhì)。
旋膜除氧器的傳熱傳質(zhì)方式與已有的液柱式、霧化式和泡沸式不同，它是將射流、旋轉(zhuǎn)膜和懸掛式泡沸三種傳熱傳質(zhì)方式縮化為一體的傳熱傳質(zhì)方式，因此有很高的效率。
射流，旋膜和懸掛式泡沸三種傳熱傳質(zhì)方式源于石化系統(tǒng)的噴射降膜和泡沸傳熱傳質(zhì)方式，不同的是將噴射冷凝擴散管取消，利用噴嘴的射流及飛行冷凝，它不僅具有很大的吸熱功能，而且具有很大的解析能力；將自然降膜改造為強力降膜，增加了液膜的更新度，使液膜沿管壁強力旋傳卷吸大量蒸汽，增強傳熱傳質(zhì)功能；將相向泡沸改造為懸掛式泡沸，提高層中蒸汽流速高時泛點，并能保持汽體通道將獨立的三種傳熱傳質(zhì)裝置縮化為一體在一個單元部件內(nèi)完成。由于它具有很高的效率和某些特殊功能，突破了已有除氧器的技術(shù)性能，使旋膜除氧器的除氧效果和適應性具有 水平。
五、除氧器的分類
旋膜熱力除氧器分為高壓旋膜除氧器（GCM，運行壓力0.1-0.98MPa）和低壓旋膜除氧器（DCM，運行壓力0.02-0.05MPa）兩種類型，除定型產(chǎn)品外，還可依據(jù)用戶提出的技術(shù)參數(shù)，幾何尺寸，接管規(guī)格及方位進行設計制造。
六、除氧器的適用范圍
適用于各類電站鍋爐，工業(yè)鍋爐給水及熱電廠補給水或熱用戶用水的除氧。
七、除氧器的技術(shù)優(yōu)點特性
膜式熱力除氧器與其它類型的除氧器比較，具有除氧效果好，適應性強，穩(wěn)定性好，節(jié)能等優(yōu)點。
⑴ 除氧效果好。在較短的時間內(nèi)，除氧水中溶氧量可達到我國火力發(fā)電廠水汽質(zhì)量標準的要求，運行中，高壓旋膜除氧器給水含氧量≤0.007mg/L，低壓旋膜除氧器給水含氧量≤0.015mg/L。
⑵ 適應性強。適應于入口水溶氧量高（ 可達10mg/L）；入口水溫低（ 為15℃）；壓力變化大（高壓旋膜除氧器0.02-0.98MPa；低壓旋膜除氧器0.02-0.05MPa）；補給水量大（ 可在 的情況下運行）。
⑶ 穩(wěn)定性好。當負荷突變至約25%，瞬間補給水量突變至約10%時；當改用不同參數(shù)的汽源時；當入口水溫突降（約40℃）時；除氧水仍能保持合格標準，且除氧器不會發(fā)生震動，給水泵入口不易出現(xiàn)汽化等情況。
⑷ 節(jié)能。膜式熱力除氧器的排汽量小于入口水量的1‰，比同出力其它類型熱力除氧器少二分之一到三分之一，不需要加排汽冷卻器，簡化了設備，降低了熱耗；其淋水密度可設計得較大，因此體積較小與同出力其它類型熱力除氧器相比，可節(jié)省鋼材、降低設備費。
本型除氧器，由于具備以上技術(shù)特性，尤為適用于熱電廠。熱電廠的補給水量大（補水率 為 ），補給水溫度低（ 約為15℃），含氧量高（約為10mg/L），一般除氧器在這種條件下，難于將補給水溶解氧排除達到規(guī)定的標準。因此，往往將熱力系統(tǒng)設計為大氣式及壓力式除氧器兩級串聯(lián)運行方式，即補給水*入大氣式除氧器，經(jīng)一次除氧后，再送入壓力式除氧器進行二次除氧，既增加了設備投資與運行操作，又增加了廠房建筑面積。如果采用旋膜熱力除氧器，則可根據(jù)需要，選用一臺高壓式或低壓式旋膜除氧器，一次將補給水中溶解的氧排除至規(guī)定的標準。這樣可以節(jié)省一臺除氧器及相應的建設投資，運行管理也方便。
旋膜熱力除氧器是國家大力推廣的新技術(shù)，具有國內(nèi)、外*水平。
八、除氧設備的安裝
1．安裝前按除氧器設備系統(tǒng)圖技術(shù)規(guī)定，及本說明書要求進行檢驗和驗收。
2．除氧器、水箱及附件的安裝，除氧器系統(tǒng)圖及其它相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。
3．除氧器、水箱和吊裝，對接、焊接過程應按GB150——1998《鋼制壓力容器》及DL5011——92《電力建設施工及驗收技術(shù)規(guī)范、汽輪機組篇》執(zhí)行。
4．除氧器安放位置，接管方位由用戶根據(jù)現(xiàn)場具體情況，自行確定，起吊時注意頂部兩吊環(huán)所用鋼絲繩夾角不得大于60度。
5．除氧器內(nèi)部部件的安裝。
（1）填料層共兩層，每層內(nèi)裝不銹同鋼汽液過濾網(wǎng)，其上下均應墊有鋼板網(wǎng)和不銹鋼絲網(wǎng)。
（2）篦條組疊放后上下篦條應處于平行位置，不得出現(xiàn)交叉現(xiàn)象。
（3）其它內(nèi)部部件安裝應牢固，采用螺栓連接的螺栓應把緊，采取防松措施。
6．除氧器和水箱連接后，應進行水壓試驗，試驗壓力根據(jù)設備圖紙中規(guī)定執(zhí)行。
7．兩臺除氧器并聯(lián)運行時，應將其汽平衡管連接，水箱下水管采用母管制連接。
九、除氧設備的運行
1．用戶可根據(jù)公司熱力系統(tǒng)及熱控裝置的具體情況，自行擬定運行規(guī)程，本說明書所述，僅供參考。
2．除氧器在正式投運前，應調(diào)整安全閥，當設備內(nèi)壓力達到規(guī)定值時安閥自動開啟。
3．投運前先將起膜器水室排污閥開啟，然后開啟入口水閥門向除氧器進水，進行起膜水室排污沖洗、清除管道內(nèi)污垢，雜物，沖洗干凈后關(guān)閉，以后當需要時可作不定期操作。
4．啟動前適當開啟除氧器上部排氣閥，各水位計操作閥門，其它閥門處于關(guān)閉狀態(tài)。
5．投入有關(guān)儀表和熱控裝置。
6．先上水，后送汽的運行方式。
（1）開啟入口水進水閥，將入口水逐漸送入除氧器內(nèi)。
（2）水箱上玻璃水位計見水時，開啟再沸騰汽閥門，對水箱水進行加熱。
（3）開啟加熱蒸汽閥門，逐漸向除氧器送汽，對入口水進行加熱除氧，調(diào)節(jié)除氧器內(nèi)部壓力，達到規(guī)定值，水箱水達到規(guī)定溫度（此時應酌情關(guān)閉再沸騰閥門）注意水箱位保持在正常范圍內(nèi)。
（4）當水箱出口水中溶解氧含量≤30μg/L時，即可向鍋爐供水（若出水中含氧量＞30μg/L可開啟水箱下部放水閥排水，直至出口水中含氧量達到30μg/L以下，供水后進入正常運行狀態(tài)，在此過程中，酌情投入高加疏水等裝置。
（5）調(diào)整兩水箱水位，使之保持相同水位。
7．運行中注意事項
（1）按用戶制定的運行規(guī)程，進行正常操作，投入有關(guān)熱控裝置及儀表。
（2）正常運行時，必須投入加熱蒸汽自動調(diào)節(jié)閥，保持除氧器內(nèi)部工作穩(wěn)定（手動加熱蒸汽入口閥門關(guān)閉）。
（3）根據(jù)運行情況，適當調(diào)整除氧器頂部排汽閥的開度，并予以固定，排汽量一般為入口水量的1~3‰。
（4）運行時除氧壓力如超過規(guī)定范圍，應檢查壓力自動調(diào)整器是否發(fā)生故障，調(diào)節(jié)閥動作是否靈活，查找出原因并予以排除。
（5）高水位排水應采用電動閘閥，當水位高時自動打開放水，水位低時應自動關(guān)閉，運行時應經(jīng)常檢查電動水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)動作是否靈活。
8．按運行規(guī)程規(guī)定，定時檢測并記錄除氧器的運行壓力、溫度、出口水含氧量，出力等數(shù)據(jù)。
9．除氧器在任何情況下，，不得超過設計壓力，設計溫度。
10．除氧器停運時間在一星期以內(nèi)時，可以稍開加熱蒸汽閥門和頂部排氣閥關(guān)閉其它閥門，保持除氧器內(nèi)部壓力0.01Mpa、作熱態(tài)保護。
停運時間超過一星期時，應放凈內(nèi)部積水，采取適當措施防腐。
十、除氧設備的檢驗
1．定期檢查筒體和封頭，進行壁厚則量、計算年腐蝕率、估算設備壽命。
2．定期檢查筒體、封頭過渡區(qū)和其他應力集中部位所有焊縫區(qū)域是否有裂紋，如發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)裂紋時，應認真分析其原因，采取適當措施、 消除，經(jīng)探傷檢查合格后，才能再投入使用。
3．定期檢查除氧器內(nèi)汽液過濾網(wǎng)是否完整，起膜管出口水膜工作狀況是否良好，內(nèi)部部件是否松動。
十一、除氧器耗量的計算
旋膜熱力除氧器耗汽量Dg（單位為Kg/h）按式（9-1）計算。
Dg=+DF
(9-1)式中 G- 待除氧 水量（Kg/h）
h1-除氧器進口水焓（KJ/Kg）
h2-除氧器出口水焓（KJ/Kg）
h-進入除氧器蒸汽的焓（KJ/Kg）
Df-排汽中蒸汽的耗量（設有排汽冷卻器時為耗汽量的5%-10%，不設排汽冷卻器時不超過耗汽量的1%～2%（Kg/h）。
十二、旋膜熱力除氧器工藝流程圖
⑴ 控制原理：見圖
⑵ 控制內(nèi)容：
主要對除氧器的蒸汽壓力，進水溫度，水箱水位進行自動控制調(diào)節(jié)。對于進入除氧器內(nèi)的蒸汽壓力進行自動調(diào)節(jié)，使除氧器內(nèi)壓力維持在設定的范圍內(nèi)。對進水溫度進行自動調(diào)節(jié)，保證除氧器內(nèi)的溫度達到設定的溫度，實現(xiàn)除氧的目的。除氧水箱自動水位調(diào)節(jié)它的任務是保證除氧水箱水位在允許的范圍內(nèi)波動。水位太低，會由于儲水量不足危及鍋爐安全運行，并可能給水泵入口汽化；水位過高，防礙除氧器除氧。
十三．附表
⑴ 表11-1低壓旋膜除氧器技術(shù)性能表
⑵ 表11-2高壓旋膜除氧器技術(shù)性能
表11-1 低壓旋膜除氧器技術(shù)性能表
項
目 | 單
位 | 型 號 規(guī) 格 | 備 注 | |||||
DCM-6 | DCM-10 | DCM-20 | DCM-40 | DCM-50 | DCM-75 | |||
額定 壓力 | t/h | 6 | 10 | 20 | 40 | 50 | 75 | 1.詳細技術(shù)參數(shù)查產(chǎn)品樣本。 2.重量及外形尺寸以設計圖樣為準。 3.安全閥開啟壓力0.1MPa. 4.設計壓力0.3MPa 5.試驗壓力0.38MP 6.設計溫度160℃ 7.供貨范圍：設備本體、平衡容器、截止閥、電接點水位計、水位計、溫度計、壓力表。 |
水箱有效面積 | m3 | 3 | 5 | 10 | 20 | 25 | 35 | |
工作 壓力 | MPa | 0.02 | ||||||
工作 溫度 | ℃ | 104 | ||||||
出水含氧量 | mg/L | 0-0.015 | ||||||
進水 壓力 | MPa | 0.1-0.3 | ||||||
進水 溫度 | ℃ | ≥15 | ||||||
進氣 溫度 | ℃ | 150-260 | ||||||
進氣 壓力 | MPa | 0.1-0.2 | ||||||
設備 凈重 | kg | 1750 | 2350 | 3450 | 4650 | 8050 | 11600 | |
外形尺寸（外經(jīng)X長X高） | mm | Φ1216×3790×3620 | Φ1516×Φ3880×3940 | Ф1816×Φ5420×4560 | Φ2020×7400×5190 | Φ2520×7060×5840 | Φ2520×9500×5860 | |
續(xù)表11-1 低壓旋膜除氧器技術(shù)性能表
項
目 | 單
位 | 型 號 規(guī) 格 | 備 注 | ||||||||||||||
DCM-85 | DCM-130 | DCM 150-Ⅰ | DCM 150-Ⅵ | DCM 200 | DCM- 200-Ⅱ | DCM 230-Ⅰ | DCM 350-Ⅰ | ||||||||||
額定 出力 | t/h | 85 | 130 | 150 | 150 | 200 | 200 | 230 | 350 | 1.詳細技術(shù)參數(shù)查技術(shù)樣本。 2.重量及外形尺寸以設計圖樣為準。 3.安全閥開啟0.1MPa 4.設計壓力0.3MPa 5.試驗壓力0.38MPA 6.設計溫度160℃ 7.供貨范圍： 設備本體、安全閥、平衡容器、截止閥、電接點水位計、水位計 、溫度計、壓力表等。 | |||||||
水箱有效容積 | m3 | 30 | 40 | 50 | 40 | 50 | 40 | 50 | 70 | ||||||||
工作 壓力 | MPa | 0.02 | |||||||||||||||
工作 溫度 | ℃ | 104 | |||||||||||||||
出水含氧量 | mg/L | 0-0.015 | |||||||||||||||
進水 壓力 | MPa | 0.1-0.3 | |||||||||||||||
進水 溫度 | ℃ | ≥30 | |||||||||||||||
進汽 溫度 | ℃ | 150-260 | |||||||||||||||
進汽 壓力 | MPa | 0.1-0.2 | |||||||||||||||
設備 凈重 | kg | 9942 | 13988 | 16140 | 15230 | 20136 | 18225 | 20834 | 20067 | ||||||||
外型尺寸外徑×長度×高度 | mm | Ф2616×7346×5879 | Ф2820×8500×6185 | Ф3020×6550×6335 | Ф3020×8208×6788 | Ф3020×10000×6926 | ф3020×7580×6385 | Ф3020×10000×6941 | Ф3220×1100×6353 | ||||||||
表11-2 高壓旋膜除氧器技術(shù)參數(shù)表
項
目 | 單
位 | 型 號 | 備 注 | |||||
GCM 230-Ⅰ | GCM 250-Ⅰ | GCM420 | GCM 440-Ⅰ | GCM 680-Ⅳ | GCM1050 | 1.詳細參數(shù)請查閱產(chǎn)品樣本。 2.重量及外形尺寸等設計圖樣為準 3.安全閥開啟壓力為工作壓力1.1倍 4.試驗壓力為設計壓力1.25倍 5.供貨范圍： 設備本體、安全閥、平衡容器、截止閥、電接點水位計、水位表、溫度計、壓力表 等 | ||
額定 出力 | t/h | 230 | 250 | 420 | 440 | 680 | 1050 | |
水箱有效容積 | m3 | 50 | 60 | 100 | 100 | 140 | 167 | |
工作 壓力 | MPa | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.8 | 1.0 | |
工作 溫度 | ℃ | 158 | 158 | 158 | 158 | 158 | 158 | |
出水含氧量 | mg/L | ≤0.007 | ≤0.007 | ≤0.007 | ≤0.007 | ≤0.007 | ≤0.007 | |
進水 壓力 | ℃ | 0.6 | 0.6 | 0.6 | 0.6 | 1.0 | 1.1 | |
進水 溫度 | ℃ | 80 | 80 | 99 | 99 | 99 | 99 | |
進汽 溫度 | MPa | 158 | 158 | 158 | 158 | 158 | 158 | |
進氣 壓力 | MPa | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | |
設計 壓力 | MPa | 0.65 | 0.65 | 0.65 | 0.65 | 1.02 | 1.25 | |
設計 溫度 | ℃ | 260 | 260 | 270 | 270 | 410 | 275 | |
容器 類別 | 類 | 260 | 260 | 270 | 270 | 410 | 275 | |
設備 凈重 | kg | 24710 | 28960 | 37720 | 37278 | 63550 | 99117 | |
外型尺寸（外經(jīng)×長×高） | mm | Ф3028×1000×7161 | Ф3028×1000×6780 | Ф3232×16000×7481 | Ф3232×16000×6938 | Ф3448×19000×7405 | Ф3656×2156×8097 | |
